Forschung

Abteilung Schaefer

Wir untersuchen die neuronen-intrinsischen und -extrinsischen Mechanismen, die altersbedingte Veränderungen im Gehirn steuern. Einer der Hauptschwerpunkte des Labors sind die Mechanismen, die äußere Einflüsse wie Infektionen oder Entzündungen mit der Gehirnalterung verbinden. Infektionen sind ein unvermeidlicher Teil des menschlichen Lebens, und lösen sowohl Immun- als auch Verhaltensreaktionen aus. Wie diese Reaktionen miteinander verbunden sind, ist eine der Schlüsselfragen in unserer Forschung.

Das Gehirn hat eine große Population von ansässigen und wandernden Immunzellen, die die Gehirnfunktion sowohl positiv als auch negativ beeinflussen können. Viele Jahre lang konzentrierten sich Studien zur altersbedingten Neurodegeneration hauptsächlich auf neuroneninterne Prozesse und ignorierten weitgehend die Abhängigkeit der Neuronen von den Immunzellen im Gehirn. Zu den Immunzellen im Gehirn gehören die angeborenen makrophagenähnlichen Zellen im ZNS, die Mikroglia, sowie die durchreisenden peripheren B- und T-Zellen. Während des Alterns und bei Infektionskrankheiten können diese Immunzellen die Gehirnfunktionen beeinträchtigen, indem sie Gehirnzellen auf eine Weise angreifen, die Autoimmunerkrankungen in der Peripherie ähnelt und die Zytotoxizität von Immunzellen beinhaltet. Gleichzeitig können Immunzellen die neuronale Funktion unterstützen und die Neuronen auch über die Vorgänge in der "Peripherie" des Organismus "informieren". Wie diese Informationen an Neuronen weitergegeben werden können, ist nicht bekannt. Kürzlich haben wir entdeckt, dass sich Mikroglia an bestimmte neuronale Phänotypen anpassen können und dass eine Veränderung dieser Anpassungsprozesse zu einer abweichenden Mikrogliaaktivierung und zum Tod von Neuronen führen kann. Wir haben auch herausgefunden, dass Mikroglia die neuronale Aktivität auf neuronenähnliche Weise steuern können, indem sie Stoffwechselmediatoren nutzen, die häufig an der Immunmodulation in der Peripherie des Organismus beteiligt sind.

Das übergeordnete Ziel unserer Forschungsgruppe ist es, die Rolle der Immun-Neuron-Interaktion während der Gehirnalterung zu verstehen. Wir sind besonders daran interessiert, die epigenetischen Mechanismen der Mikroglia-Anpassung an die neuronale Umgebung und die Auswirkungen auf die Peripherie sowie die Mechanismen zu verstehen, die die Mikroglia-vermittelte neuronale Pathologie antreiben. Wir sind sehr daran interessiert, die Immunprozesse zu definieren, die zur Behandlung und möglicherweise zur Vorbeugung von neurodegenerativen Erkrankungen beim Menschen genutzt werden könnten.

Unsere Forschung konzentriert sich auf diese Hauptziele:

• Wie können frühe Lebenserfahrungen, wie z.B. Infektionen in der Peripherie, den Zustand der Gehirnimmunität prägen und die Gehirnfunktion im späteren Leben beeinflussen?
• Identifizierung der Mechanismen der unterdrückenden Mikroglia auf die neuronale Aktivität und die Neuroinflammation
• Epigenetische Mechanismen der phänotypischen Plastizität und Spezifikation von Mikroglia
• Epigenetische Mechanismen der neuronalen Langlebigkeit

Angewandte Methoden und Modellorganismen

Modellorganismen:

• Transgene Mausmodelle
• in vitro Zellsysteme

Methoden:

• Zelltyp-spezifisches Ribosomen-gebundenes RNA-Profiling (TRAP) und Einzelzell-/Nukleus-RNA-Sequenzierung
• Chromatinstudien, Cut&Run, ATAC-seq, ChIP-Sequenzierungsanalyse
• Mausgenetik und Verhaltensanalyse
• Neuronale Glia-Zellkultur und Aktivitätstests (Axiom, Incucyte, Imaris)
• Immunfärbung, Hirnabbau, in-situ, bildgebende Analysen
• Molekulare Systemneurowissenschaften, Optogenetik, Ca-Imaging in vivo.
• Hochauflösende Mikroskopie